4.07.2010
niedziela

Duże i małe tajemnice wszy

4 lipca 2010, niedziela,

Specjaliści od genomiki już zapewne wiedzą, bo to śledzą, które genomy zostały w całości zsekwencjonowane i poznane. PNAS USA niedawno opublikował informacje zawarte w odczytanym od A do Z genomie wszy.

Informacje te są bardzo ciekawe głównie dlatego, że mówią nam sporo o wspólnej (choć niechcianej) historii człowieka i wszy ludzkiej. Wesz jest bardzo małych rozmiarów owadem bezskrzydłym pasożytującym na różnych gatunkach zwierząt i żywiącym się ich krwią.

Pasożytowanie przez miliony lat spowodowało, że wszy mają wiele uwstecznionych cech, np. malutkie oczy, zrośnięte segmenty ciała, skrócone czułki (anteny), są też silnie spłaszczone, co pozwala im przywrzeć do ciała żywiciela. Równocześnie mają doskonale rozwinięte przystosowania do pasożytniczego trybu życia na ciele swojej ofiary: kłująco-ssące narządy gębowe, niezwykle silne i chwytne odnóża i wspomniany już uproszczony pokrój ciała.

O wszy wiemy wiele, gdyż w przeciwieństwie do innych owadów towarzyszy i przeszkadza nam od zarania dziejów. Pomijając nieprzyjemne dla nas żerowanie na naszym ciele wszy roznoszą groźne drobnoustroje powodujące choroby, np. riketsje wywołujące tyfus plamisty i różnego rodzaju gorączki szczególnie groźne w okresach wojen i niedostatków. Dlatego wszy kojarzą się z plagami, biedą, chorobami i zaniedbaniem. Gorączka okopów wywołana przez riketsje przenoszone właśnie przez wszy przyczyniła się do klęski Napoleona w Rosji.

Genom wszy jest jednym z najmniejszych genomów owadzich. Pozostaje to w związku przyczynowym ze znaczną redukcją wielu jej cech, np. zmysłu smaku, węchu, czy w ogóle oddziaływania ze środowiskiem.
Najbardziej ciekawa z praktycznego punku widzenia jest redukcja liczby enzymów pozwalających metabolizować trujące substancje. Głównie rozpoznanie tych enzymów, których wszom brakuje pozwoli na zastosowanie szczególnie wybiorczych i efektywnych środków chemicznych. Przemysł farmaceutyczny zaciera więc ręce.

Ale najważniejsze z punktu widzenia nauki jest zapewne poznanie genów zaangażowanych w rozwój wszy. Owady te bowiem przechodzą stopniowy rozwój, przez kolejne wylinki, bez skomplikowanej transformacji jak np. motyle czy muchówki, gdzie imago wychodzi z poczwarki.

Poznanie genów kontrolujących taki sposób rozwoju i również genów, których “brak” u wszy w stosunku do owadów przechodzących pełną metamorfozę, da w przyszłości sporą wiedzę o mechanizmach rozwojowych.
Zsekwencjonowanie genomu wszy przełoży się więc zapewne bardzo szybko nie tylko na spore korzyści materialne, ale i naukowe. Jednym z współautorów publikacji w PNAS USA jest Craig Venter, który, jak wiadomo, potrafi doskonale wybrać obiekt swoich badań.

Jacek Kubiak

Fot. kazim.giby, Flickr (CC SA)

Komentarze: 56

Dodaj komentarz »
  1. stare, ale jare:
    zapytano raz radio erewan czy jest jaki sposob na wszy?
    “paljubit”.

  2. Nieporuszonym tu, a bardzo ciekawym aspektem genomiki wszy jest ich paleontologia molekularna. Ewolucja wszy (dwóch gatunków: głowowej/ubraniowej i łonowej) i ludzi przebiegała równolegle z podobnymi wąskimi gardłami itp. Ciekawostką jest chociażby to, że głowowa jest spokrewniona z szympansią, a łonowa z gorylą. Dla Boboli – człowiek naprawdę jest wyjątkowym stworzeniem, bo innym naczelnym wystarcza jeden gatunek wszy, a my mamy aż dwa (i pół, choć podział na głowową i odzieżową nie ma odzwierciedlenia w filogenezie).

  3. @ byk :

    Dobre! Nie znalem.

  4. @ panek :

    Dzieki za uzupelnienia.

  5. Z moich badań metafizycznych wynika, że geny nie są źródłem informacji, ale jedynie ją modyfikują. Rozpoznania genomu są ciekawe, ale nie wyjaśniają istoty sprawy. Czy ten aspekt jest obecny w badaniach genetycznych?

  6. Meruńka,

    a wiec co jest zrodlem informacji, ktora modyfikuja geny ?

  7. Chyba podobne w tresci badania trwaja nad ludzka flora bakteryjna.

  8. Jacobsky
    Ja nazywam to (bardzo ogólnie) polami energii informacji. Myślę, że odpowiada to temu, co fizycy nazywają strunami.

  9. @Meruńka

    A jak te geny manipulują tymi polami?
    W dodatku gen to rzecz generalnie pasywna, zapis. Biorąc dodatkowo pod uwagę różniće skal wielkości między domniemanymi strunami a makrocząsteczkami chemicznymi, to trochę tak, jak bym ja twierdził, że zapis DNA wydrukowany w książce zmienia DNA bakterii, które na jej stronach przypadkiem się znajdą. Dla mnie to nonsens.

    .

  10. Meruńka
    2010-07-05 o godz. 23:12

    poddaję się. Przed potęgą badań metafizycznych, których obiektem są struny. Dość mocno naciagnięte.

  11. jk,

    gdyby to ode mnie zależało, to zabrałbym się za mechanizm regulacji oraz produkcji hormonów owadzich, które sterują rozwojem osobniczym. Wirusy owadzie potrafią skutecznie blokować przejście z jednej fazy rozwojowej do drugiej u larw, manipulując enzymatycznie poziom ekdysonu i hormonu juwelinijnego. Być może enzymy ludzkie lub inne czynniki pochodzące od nas jako od gospodarzy (lub bardziej ogólnie: od zwierząt lub od saków naczelnych) mają podobny wpływ na takie pokierowanie rozwojem wszy, żeby nastąpiły zjawiska opisane przez Ciebie wyzej. W obydwa przypadkach (wirus owadzi oraz człowiek) wpływ na rozwój osobniczy owada przekłada się na relacje o charakterze pasożytniczym, z tym ze infekcje prowokowane prze wirusy jako pasożyty są z reguły śmiertelne dla owadów, zaś inwazja wszy jako pasożytów ma charakter mniej dramatyczny dla gospodarza, no chyba że wszy przywloką ze sobą jakąś chorobę zakaźną.

    Pozdrawiam.

  12. Po kolei:
    J.Ty
    Geny modyfikują informację, która do nich dociera, nie – manipulują polami energii informacji. Tak, jak napisałam. Struny należą (moim zdaniem) do świata bezwymiarowego, trudno zatem mówić o różnicy “wielkości”.
    Jacobsky
    Nie badam strun, jak są one przedstawiane przez fizyków, bo nie jestem fizykiem (struny znam z literatury popularnonaukowej). Jedynie uważam, że to, co sama badam, odpowiada strunom fizyków (tak, jak napisałam), ale opisuję je inaczej.
    Metafizyka dotyczy fundamentów rzeczywistości. Nie są one materialne.

  13. @ Meruńka :

    To bliskie teorii “darwinizmu komorkowego” Francuza o swojsko brzmiacym nazwisku Kupiec. Jean-Jacques Kupiec. W skrocie, uwaza on, ze geny maja jedynie pewne statystyczne prawodopodobienstwo wykazania sie wlasna ekspresja kierujaca takim, czy innym procesem. Oczywiscie Jean-Jacques Kupiec ma racje. Problem (dla niego) w tym, ze prawdopodobienstwo ekspresji danego genu w danym momencie, np. w trakcie rozwoju zarodkowego, jest rzedu 99,9 proc.

  14. jk
    No, nie trafione! Modyfikacja informacji docierającej to nie ekspresja genu. Chodzi mi o to, że geny jedynie przetwarzają informację (tak mi sprawa wygląda…) i przez to mają wpływ na procesy w organizmach żywych. Działają jak bramka logiczna, ale w sposób bardziej złożony, nie sterują.

  15. @Jacobsky:
    Sugerujesz, że ten zanik pewnych enzymów jest skutkiem walki gospodarza? Ja bym się raczej spodziewał, że to zwykły zanik nieużywanego organu. To u pasożytów dość typowe – na cholerę oczy tasiemcowi żyjącemu w stałej ciemności, na cholerę wytwarzać mykoplazmie (bakteria o najmniejszym znanym genomie) sterole do błony komórkowej, skoro może je wchłonąć z osocza gospodarza, na cholerę wreszcie wirusowi komórka, skoro może żyć w cudzej komórce. Tak samo wesz może potrzebować mniej genomu, skoro może to i owo zabrać człowiekowi. Może np. prawdopodobieństwo spotkania tych toksyn, na które nie są odporne jest bardzo małe, bo w ludzkiej krwi one praktycznie nigdy nie występują. Ciekawe jak jest z odpornością na toksyny innych monofagów, np. pandy.
    Nie wszystkie owady przechodzą pełne przeobrażenie. Młodociany karaluch od dorosłego różni się tylko rozmiarem i brakiem genitaliów. Nie wiem, czy u wszy to cecha pierwotna, czy wtórna. W każdym razie, o ile pewne pasożyty mają przeskomplikowane cykle życiowe, o tyle to w sumie ma sens, żeby przyczepić się do gospodarza i nie bawić w jakieś gąsienice, poczwarki i imagines, tylko cały czas mieć jednakową postać i tryb życia (pluskwiaki takie jak mszyce poszły w tym do partenogenezy). W sumie to, ciekawe, czy w przypadku wszy to relikt ewolucyjny i ich przodkowie nigdy nie mieli przeobrażenia zupełnego, czy właśnie innowacja, coś na kształt neotenii.
    Co do siły doboru cech przeciw wszom roznoszącym choroby, to zastanawiam się, czy aby takie mechanizmy zadziałały, nie musiałyby być błyskawiczne i ostre, tak aby świeżo przybyła wesz nie zdążyła przekazać zarazków. Zmiany historii życiowej to chyba zbyt wolne mechanizmy – nim gospodarz odczułby jej skutki, już dawno zszedłby od tyfusu, czy czegoś tam.

  16. @ Meruńka :

    Tez sadze, ze geny dzialaja w systemie zero-jedynkowym. Problem w tym, ze sa swietnie regulowane przez inne geny, przez srodowisko, w koncu wlasnie pozagenowo (epigenetycznie). I taka zlozona regulacja wydaje sie bardzo dokladna: pewien gen decyduje, ze inny sie uaktywni w tym wlasnie momencie, a jeszcze inny sie wylaczy. Kupiec zas twierdzi, ze ta regulacja jest pozorna, i jest wynikiem “walki” komorek o przetrwanie. Aktywuja co popadnie i jesli to akurat zadzial, to ida w te strone. Tak jak proces ewolucji. Napisalem, ze ma racje, ale do pewnego stopnia. Mianowicie do takiego, ze regulacja genow nie jest idealna. Zreszta dzieki temu mozemy ewoluowac (niedawno pisalem o bet-hedging, czyli o minimizacji ryzyka, ktory wlasnie opiera sie na niedokladnosci kontroli ekspresji genow).

  17. @ Jacobsky :

    Bardzo mozliwe. Ale ja nic o tym akurat nie wiem. :(

  18. jk
    Mimo porównania do bramki logicznej (ale na sposób bardziej złożony), nie sądzę , aby geny działały w trybie 0/1. Informacja docierająca do nich z pól energii informacji jest bardziej złożona i nie jest zero-jedynkowa (jest 12 grup, czy – “jednostek” informacji). Geny ją modyfikują, choć nie przekazują dalej.

  19. Pewnie z punktu widzenia informatyki pisze bzdury, ale myslalem o systemie zero (wlaczony) – jedynkowym (wylaczony).

  20. jk
    Dobrze piszesz, bramki działają w trybie zero-jeden. Porównanie moje służyło tylko uwypukleniu, że informacja jest modyfikowana, choć – jak poprzednio napisałam – w bardziej złożony, niż 0/1 sposób.

  21. OK. No jest, ale jednak “otwieranie i zamykanie” genu to glowny sposob jego regulacji. Potem dopiero dochodza do glosu modyfikacje na kolejnych poziomach: RNA, bialka, kompleksow bialkowych. System jest wiec o wiele bardziej skomplikowny, ale podstawe stanowi system 0/1. Zreszta regulacja na tych wyzszych poziomach tez jest zero-jedynkowa. Np. wlacza sie degradacja RNA czy bialka, albo nie. Nastepuje fosforylacja czy acetylacja bialka na danym aminokwasie, albo nie. Tik-tak i tik-tak. Wlasnie to wszystko ma sprawiac wedlug Kupca, ze komorka nie reaguje jak automat zamykajac i otwierajac geny, tylko potrafi z chaosu uzyskac jakas synteze. Wlaczenie i wylaczenie genu ma wiec byc przypadkowym zdarzeniem. A, ze tylko taki, a nie inny stan jest w danej chwili najlepszy, to komorka samoistnie wen wpada, jesli ma przetrwac. Ja troche wierze w Kupca, od kiedy widzialem kilka zupelnie niewytlumaczalnych zachowan pewnych bialek. Wygladalo to tak jakby w danym doswiadczeniu owo bialko zwariowalo i robilo cos zuplenie przeciwnego do tego, czego sie nalezalo spodziewac. Tyle, ze nie moge byc pewien, ze nie byl to jakis artefakt, nad ktorym utracilem doswiadczalna kontrole. Tekie zjawiska sa niepowtarzalne, wiec i nieweryfikowalne.

  22. jk,

    nawet otwieranie/zamykanie genu nie zawsze ma charakter 0/1-kowy i przejscie z inaktywnosci w aktywnosc genu z reguly odbywa sie w sposob bardziej stopniowy.

  23. panek,

    nie. jest efektem koewolucji.

  24. @ Jacobsky :

    Oczywiscie, ale dwa glowne stany sa zero-jedynkowe.

  25. jk,

    swoja droga to, co wzmiankowany przez Ciebie Kupiec nazywa walka komorki o przetrwanie jest chyba zwyklym dazeniem tejze do osiagniecia stanu rownowagi, homeostazy. Z tym, ze daleki bylbym od przeswiadczenia, ze komorka katywuje co popadnie i czeka co z tego wyjdzie.

    Pozdrawiam.

  26. Chyba tak. Chodzi o podobienstwo z procesem ewolucji. Zachowanie komorki byloby wynikiem polaczenia tysiacy dzialan, ktore nie musza byc scisle skoordynowane. I takie braki koordynacji sie obserwuje (stad wlasnie bet-hedging). Stochasticity, czy przypadkowosc, ma zapewniac pelna plastycznosc wobec srodowiska (w przypadku komorek organizmu np. wobec innych komorek). Wizja, ze ten gen wlacza sie tu, a tamten kiedy indziej jest wiec nie dokonca prawdziwa ze wzledu na stochstycznosc zjawiska. Do tego dochodzi “weak linkage”, ktory poglebia plastycznosc. Np. uklad naszych naczyn krwionosnych (tych malych) w duzym stopniu jest przypadkowy wlasnie dzieki “weak linkage”. Takie luzne zwiazki wystepuja tez w dzialaniu genow. Nie oznacza to, ze najczesciej dzialanie genow polega na mocnych sprzezeniach zwrotnych.

  27. Dzięki, fajnie was się czyta dostając nowe informacje

  28. Wewnatrz komorki wiele kluczowych procesow odbywa sie na zasadzie stochastycznej. Tzw dynamic instability czyli stochastyczne zmiany w dlugosci mikrotubul to klasyczny przypadek. Nie jest to marnowanie energii ale konieczna strategia przeszukiwania przestrzeni. Wybor mikrotubul ktore przezywaja dluzej jest procesem podobnym o charakterze ewolucyjnym.

    http://www.youtube.com/watch?v=E1XczyCkN20

  29. @ jacekp :

    Sadze, ze podobnie jest z wieloma innymi procesami.

  30. Tak jest. Kolejny przyklad to tranzyt bialek w ER. Slyszalem ze tylo 50% przechodzi, reszta wraca w ramach kontroli jakosci.Ciekawe co na to zwolennicy inteligentnego projektu? No ale oni nie maja cierpliwosci zeby studiowac biologie komorki.

  31. @ jacekp :

    Oczywiscie, ze nie. Sprawdzanie jakosci to pewnie druga w kolejce waznosci funkcja maszynerii komorkowej. Kiedy to kuleje, to pojawia sie wiele chorob. A moze nawet wszystkie (pewnie poza chorobami infekcyjnymi).

  32. Chcialem powiedziec ze system ERAD sluzy nie tylko do kontroli jakosci bialek ale rowniez do regulacji ilosciowej. Te bialka ktore ne przechodza przez ER niekoniecznie sa defektywne, wystarczy ze jeszcze sie nie sfaldowaly.

  33. He, he. Jak sie nie sfadowaly to sa defektywne wlasnie. :)

  34. No nie bo nie mialy szansy dokonczyc faldowania choc potencjalnie byly zdolne do tego. ERAD je wyciagnal z ER poniewaz bylo za duzo tego bialka w tranzycie. Podkreslam ze kontrola jakosciowa zachodzi rownolegle do ilosciowej. Duzo bialka idzie “na zmarnowanie” poniewaz regulacja ilosciowa jest glownie negatywna. Generalnie, negatywna regulacja jest szybsza w komorce niz pozytywna poprzez nowa produkcje.

  35. Do kontroli jakosci w komorce w ogole przyklada sie malo uwagi. A istnieja przeciez bardzo skomplikowane mechanizmy ja kontrolujace. I to nawet nie na zasadzie, ze jak sie znajdzie cos “zlego”, to sie to zdegraduje. Mysle o “czekpointach” – skomplikownych mechanizmach, ktore jak najszybciej zatrzymuja caly cykl komorkowy, aby naprawa mogla dojsc do skutku. To wymaga conajmniej trzech etapow: detekcji problemu, przekazania informacji do efektora i dzialania tegoz efektora. A to dotyczy tylko samego wstrzymania cyklu. Do tego dochodzi produkcja nowego bialka, albo usuwnaie uszkodzenia, co moze byc 10 razy bardziej skomplikowane.

  36. Co (lub kto) steruje kontrolą jakości na poziomie komórkowym? Czy został odkryty najgłębszy mechanizm tego sterowania, co do którego wiadomo byłoby, że dalej już nic nie ma?

  37. Nie, czegos takiego chyba nie ma. Ale wiadomo, ze najpierw niszczone jest mRNA, ktore zostalo zle przepisane z DNA. I tu dziala cala ogromna maszyneria sprawdzajaca czy kazdy mRNA jest dobrze przepisany i posklejany (bo jest splajsing). Potem jest kontrola jakosc bialek. Od razu usuwane sa bialka niekompletne i zle sfoldowane. Kiedy te mechanizmy nie dzialaja jak nalezy, to z komorka dzieje sie bardzo zle.

  38. Chodzi mi też o to, że wszelkie sformułowania typu “walka komórek o przetrwanie” sugeruje decyzję woli takiej walki, nie jakieś automatyczne reakcje (wprawione w ruch przez kogo/co?). Inteligentny projekt, choć nie jestem zwolenniczką tej akurat nazwy, wyłazi z samego nazewnictwa.

  39. Oczywiscie masz troche racji. To jest skrot myslowy. Zadna komorka nie prowadzi swiadomej walki. Tylko, ze walka nie wymaga swiadomosci. Tak jest w ewolucji i tak jest pewnie i na poziomie komorkowym. No, ale nie ulega watpliwosci, ze troche antropomorfizujemy.

  40. Lubię się przysysać do szczegółów, choć w działaniu nie jestem detalistką. Język pokazuje bardzo wiele; sformułowania, wrażenia, za których znaczeniem można dojść daleko. Walka jest świadoma, automatyzm – nie. Wyłączenie wszelkiej świadomości w globalnych procesach (np. ewolucji), skazuje nas, istoty rozumne, na automatyczne przemijanie w czasie, o którym nauka zresztą nie wie prawie nic.

  41. Poprzez walke rozumiem tutaj wspolzawodnictwo czasteczek o miejsca wiazania. Powiedzmy jest bialko A i B i obydwa moga sie zwiazac z bialkiem C. Kiedy wiaze sie A, nastepuje aktywacja C, kiedy wiaze sie B nastepuje inhibicja C. To taka “wojna na dole”. Tylko tyle.

  42. Ha! Współzawodnictwo też wymaga świadomości.

  43. No nie, zupelnie durne czasteczki wpolzawodnicza kiedy “pasuja” do tego samego miejsca wiazacego na innej czasteczce. Ale jak potrzebujesz do tego swiadomosc to mozesz zawsze zalozyc ze czasteczki te stworzyl niewidzialny superman.

  44. Podoba mi sie idea stworcy-supermana. Bardziej do mnie przemawia taki superman rozdzielajacy i laczacy czasteczki niz starzec z broda czytajacy niewidzialne ksiegi. ;)

  45. A dlaczego glowny koordynator ma byc stary? Pomyslalbym ze zatrzymac starzenie to pikus.

  46. A nie lepsza jest wiedza, niż wiara w supermana; wiek obojętny?

  47. Merunka,

    Jak masz czas, to powiedz co wiesz na temat swiadomosci na poziomie czasteczek.

  48. Jest tak, jak na poziomie całego organizmu (danego).

  49. Swiadomosc czasteczek to chyba nieskonczenie ciekawy temat badawczy. I rownie podatny na eksploracje jak obecnosc lub brak glownego supermana. Pomysl jest swietny. Tyle, ze nie ma zupelnie warsztatu do robienia takich badan. W ogole nie wiadomo jak do tego podejsc.

  50. Merunka,

    Jak zaczelas to dorzuc wiecej szczegolow. Nie mam pojecia o czym mowisz. Domyslam sie ze to tradycyjna przepasc pomiedzy eksperymentalista a teoretykiem. Chyba sie zgodzisz ze twierdzenie ze czasteczka ma wewnatrzna i autonomiczna swiadomosc (jezeli dobrze rozumiem) jest dosc mocne i kontrowersyjne.

  51. jacekp, jk
    Jutro coś napiszę.

  52. Jutro bedzie futro :)

  53. A po jutrze… weekend. :)

  54. e tam… juz po futrze!

  55. Świadomość jest częścią rzeczywistości duchowej (odzwierciedlającej się w materii), podobnie, jak czas i przestrzeń. Badania w tym zakresie budzą silne kontrowersje w środowisku naukowym, co pokazuje np. huczek wokół nagrody Templetona, czy niechęć wobec zasady antropicznej . Moim zdaniem, temat wchodzi w zakres filozofii (metafizyki), nie – nauki w obecnym jej rozumieniu i tak przedstawiam moje własne badania. Świadomość nie jest ich głównym przedmiotem, raczej czas, przestrzeń, jak odzwierciedla się w terenie informacja, itp. Ma to jednocześnie aspekt użytkowy, bo zajmuję się zawodowo projektowaniem zieleni.
    Cząsteczki nie mają odrębnej świadomości, są częścią organizmu posiadającego własną świadomość. Jest ona w bardzo różnym stopniu zindywidualizowana (zbiorowa lub indywidualna) i na bardzo różnym poziomie. Coś o tym wiem w odniesieniu do człowieka, którego świadomość określam jako jasność widzenia duszy (jej poziom też jest bardzo zróżnicowany, co zresztą widać na co dzień lub przy okazji podróży po świecie).
    Zwróciłam uwagę na język opisu zjawisk materialnych, który pojawiał się we wpisach n.t. genomu wszy (np. “walka o przetrwanie”, “współzawodnictwo”, itp.), który sugeruje działania świadome. Prawdopodobnie nie da się inaczej – a sprawnie – pisać o durnej materii, mimo, że duch nie jest przedmiotem badań naukowych, a dla naukowców materialistów – nie istnieje.
    @jk
    Zaciekawiły mnie świrujące w trakcie eksperymentu białka, o których wcześniej pisałeś. Zakładam, że warunki doświadczenia były powtarzalne (te same naczynia, to samo miejsce, itp.). Czy w takim razie byłeś w trakcie wykonywania tych doświadczeń mocno przygnębiony lub mocno zestresowany (lub ktoś obok taki był)?

  56. @ Meruńka :

    Mozliwe. Doswiadczenie to robil moj wiecznie zestresowany byly wspolpracownik. Szukalismy powodu dla tak nienormalnego zachowania tego bialka, ale nie znalezlismy wyjasnienia. Mamy jednak dowod, ze nie byla to prosta pomylka probowek, czy cos takiego, bo inne bialka z tej samej probki i po transferze na te sama membrane (Western blot) zachowywaly sie tak jak Pan Bog przykzal.

css.php